Влияние дисперсности алюминия и каталитических добавок на характеристики горения систем на основе активного горючего-связующего
Алюминий марки «Alex»
Характеристики приведем в Таблице 2 на основании сертификата партии «Alex», соответствующего ТУ 1791-002-36280340-2005.
Таблица 2. Характеристики Alex
П/П | Характеристики | width=181 > Значение |
1. | Удельная поверхность, м2/г | 24.5 |
2. | Гранулированный состав мкм в % 1.0 0.05 0.01 0.15 0.20 | 1.0 20.0 70.0 5.0 1.0 |
3. | Содержание свободного металла, масс.% | 90 – 92 |
4. | Содержание примесей Al2O3 | 7 – 9 |
5. | Температура воспламенения, ºС | 300 |
6. | Точка плавления, ºС | 640 |
7. | Взаимодействие с водой при 50 ºС | с выделением водорода |
8. | Насыпная плотность, г/см3 | 0.07 |
Материал состоит на 90 - 92% из активного алюминия. Содержание оксида алюминия находиться в пределах 7 - 9%, содержание адсорбированных газов до 1%.
Внешний вид и цвет: порошок серого цвета. Точка плавления 640°С. Общий вид порошка изображен на рис. 1. Гистограмма распределения частиц по размерам изображена на рис. 2. Вероятностный (средний арифметический) размер аn = 77 нм; размер, размер средний по поверхности as = 89 нм; средний массовый размер аm = 103 нм. Электронная микроскопия высокого разрешения свидетельствует о наличии многочисленных кристаллических дефектов.
Порошок реагирует с водой при температуре 50°С с выделением водорода. При взаимодействии с открытым пламенем в воздухе воспламеняется. ALEX™(50) энергично взаимодействует в экзотермических реакциях с кислородсодержащими жидкостями, с галогенсодержащими органиками и другими окислителями. При нагревании в атмосфере сухого воздуха до 80 °С не воспламеняется. Воспламеняется при температуре около 300°С.
ALEX™(50) может найти применение в пиротехнике, материаловедении.
Рис. 1. Характерная фотография нанопорошков алюминия
Рис. 2. Гистограмма распределения частиц порошка алюминия по размерам Ось ординат - число частиц, ось абсцисс - размер частиц в нм.
1.3. Свойства каталитических добавок Si, SnC, сажи
Катализаторы горения – добавки, вводимые в состав смесевых твердых топлив с целью увеличения скорости горения. Катализаторы лишь снижают энергетику топлива, и их действие на величину скорости связано с увеличением скорости химической реакций в зоне горения.
В смесевых твердых топливах катализаторы, как правило, увеличивают скорость горения, слабо меняя ее зависимость от давления. Эффективность действия добавок зависит от состава топлив (соотношение компонентов, дисперсности окислителя, природы связующего), температуры заряда и давления, при котором происходит горение.
В данной работе использовались порошкообразные катализаторы. Их эффективность возрастает с увеличением их концентрации в составе топлива до 1-2%, когда скорость горения увеличивается на 30-70%. Дальнейшее повышение содержания добавки слабо отражается на ее влиянии. Это, вероятно, связано с накоплением частиц катализатора на поверхности горения, которое слабо зависит от исходной концентрации добавки в составе при достижении некоторого ее значения [10, стр. 173].
1.4. Свойства окислителей
В качестве окислителей твердых смесевых ракетных топлив применяются твердые вещества, в основном это соли азотной (нитраты) и хлорной (перхлораты) кислот, например, часто используемые перхлорат аммония и нитрат аммония (аммиачная селитра)[6].
Нитрат аммония – один из основных компонент, используемый как окислитель, при изготовлении твердых смесевых топлив. Интерес к использованию нитрата аммония (НА) в перспективных высокоэнергетических топливах обусловлен тем, что он является полностью газифицируемым, производит чистые и бездымные продукты сгорания, является дешевым, доступным и безопасным энергетическим материалом.
Нитрат аммония хорошо растворяется в воде (при 20ºС 179г НА в 100г воды), обладает высокой гигроскопичностью, является слабым взрывчатым веществом с теплотой взрыва 1400 кДж/кг. В чистом виде НА– полиморфное кристаллическое вещество с ºС и плотностью кристаллов ρ=1,725г/
Глава 2. Методики теоретического и экспериментального исследования системы Al - АГСВ - каталитические добавки
В данной главе описаны основные методики, которые использовались в данной работе. А именно:
– методика термодинамического расчета по программе Астра-4;
– методика зажигания нагретой поверхностью;
– методика изготовления образцов;
– изучение горения на открытом воздухе при 1атм;
– математическая обработка экспериментальных данных.
2.1. Методика термодинамического расчета по программе Астра-4
Энергетические характеристики ракетных топлив, а также термодинамические и теплофизические свойства их продуктов сгорания определяются в результате термодинамического расчета. Исходными данными для термодинамического расчета являются элементарный химический состав топлива и энтальпия исходного топлива; дополнительно задаются значения давления в камере сгорания pk. Термодинамические расчеты в настоящее время проводятся на ЭВМ.[1,стр.28]
Комплекс АСТРА-4 предназначен для определения характеристик равновесия, фазового и химического состава произвольных систем.